A água residuária sintética foi preparada por meio da dissolução de sulfato de amônia [(NH4)2SO4] em água do sistema de abastecimento público. As concentrações de nitrogênio variaram de 1000 a 3000 mgN-NH3L-1 e os valores de pH ajustados entre 9 e 12, por meio da adição de hidróxido de sódio (NaOH). A Tabela 10 sumariza os ensaios realizados, conforme o método DCCR, e os valores de eficiência de remoção de N-NH3. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Eϴ ϴ
Tabela 10: Ensaios realizados e seus respectivos valores de eficiência de remoção – água residuária sintética
Ensaio
Valor codificado / (Valor real)
Eficiência de Remoção (%) Qar (Lmin-1) Qlíq. (Lmin-1) pH Concentração
(mgN-NH3L-1) 1 -1 / (2500) -1 / (0,4) -1 / (9,75) -1 / (1500) 44,67 2 1 / (3500) -1 / (0,4) -1 / (9,75) -1 / (1500) 50,63 3 -1 / (2500) 1 / (0,8) -1 / (9,75) -1 / (1500) 41,23 4 1 / (3500) 1 / (0,8) -1 / (9,75) -1 / (1500) 37,79 5 -1 / (2500) -1 / (0,4) 1 / (11,25) -1 / (1500) 78,65 6 1 / (3500) -1 / (0,4) 1 / (11,25) -1 / (1500) 82,12 7 -1 / (2500) 1 / (0,8) 1 / (11,25) -1 / (1500) 56,92 8 1 / (3500) 1 / (0,8) 1 / (11,25) -1 / (1500) 62,50 9 -1 / (2500) -1 / (0,4) -1 / (9,75) 1 / (2500) 56,01 10 1 / (3500) -1 / (0,4) -1 / (9,75) 1 / (2500) 58,06 11 -1 / (2500) 1 / (0,8) -1 / (9,75) 1 / (2500) 45,53 12 1 / (3500) 1 / (0,8) -1 / (9,75) 1 / (2500) 48,26 13 -1 / (2500) -1 / (0,4) 1 / (11,25) 1 / (2500) 82,11 14 1 / (3500) -1 / (0,4) 1 / (11,25) 1 / (2500) 80,15 15 -1 / (2500) 1 / (0,8) 1 / (11,25) 1 / (2500) 67,17 16 1 / (3500) 1 / (0,8) 1 / (11,25) 1 / (2500) 69,13 17 -2 / (2000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 64,20 18 2 / (4000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 72,59 19 0 / (3000) -2 / (0,2) 0 / (10,50) 0 / (2000) 87,69 20 0 / (3000) 2 / (1,0) 0 / (10,50) 0 / (2000) 64,76 21 0 / (3000) 0 / (0,6) -2 / (9,00) 0 / (2000) 21,57 22 0 / (3000) 0 / (0,6) 2 / (12,00) 0 / (2000) 74,06 23 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) -2 / (1000) 58,71 24 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 2 / (3000) 71,50 25 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 67,27 26 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 69,37 27 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 67,27 28 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 63,92 29 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 68,53 30 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,50) 0 / (2000) 67,83
Fonte: Autoria própria
Pode-se observar que o melhor resultado (remoção de 87,69%) foi obtido para a vazão de lixiviado igual a 0,2 Lmin-1 e a menor eficiência (21,57%) com pH igual a 9, evidenciando o efeito destas variáveis no desempenho do sistema. Delduque
(2017) analisou o desempenho de um canal corrugado helicoidal tratando água residuária sintética, aplicando o processo de air stripping para a remoção de N-NH3, obtendo eficiência mínima de 19,47% e máxima de 63,30%.
Com os resultados obtidos nos 30 ensaios, foram calculados os coeficientes de regressão, e após simplificação, com a exclusão dos parâmetros não significativos (Tabela 11), foi obtida a equação (11) que representa o modelo reparametrizado das variáveis codificadas.
Tabela 11: Coeficientes de regressão – água residuária sintética Fatores Coeficientes
de regressão Erro padrão t(16) p-valor
Estimativa por intervalo (95%) Limite inferior Limite superior
Média 65,62 1,06 62,14 <0,0001 63,43 67,80 pH (L) 12,56 0,75 16,83 <0,0001 11,02 14,11 pH (Q) -5,39 0,69 -7,86 <0,0001 -6,81 -3,97 Qlíq. (L) -6,24 0,75 -8,36 <0,0001 -7,78 -4,70 Qlíq. (Q) 1,71 0,69 2,50 0,0202 0,29 3,13 Conc. (L) 3,23 0,75 4,32 0,0003 1,68 4,77 Qlíq. x pH -1,92 0,91 -2,10 0,0467 -3,81 -0,03
Fonte: Autoria própria
Remoção (%) N-NH3 = 65,62+12,56.pH–5,39.pH2–6,24.Qlíq.+1,71.Qlíq.²+3,23.C-1,92.pH.Qlíq. (11)
Os resultados foram submetidos a análise de variância (ANOVA), utilizando- se o software Statistica 10 (Statsoft®), ao nível de significância adotado de 5% (p<0,05), conforme Tabela 12, que valida o modelo reparametrizado das variáveis codificadas, podendo-se gerar superfícies de respostas.
Tabela 12: Resultados da análise de variância (ANOVA) – água residuária sintética Fonte de variação Soma de quadrados Graus de liberdade Quadrados médios Fcalculado Regressão 5941,9 6 990,3 74,0 Resíduos 307,8 23 13,4 Total 6249,7 (R2) = 95,1% F tabelado(6; 23; 0,05)= 2,53
Observa-se que o valor de Fcalculado foi significativo (em torno de 29 vezes superior ao de Ftabelado). Além disso, a porcentagem de variação explicada, de
95,1 %, permite inferir que o modelo gerado pela equação (11) se ajusta bem aos dados experimentais.
A partir dos dados obtidos foram geradas superfícies de resposta (Figuras 8 a 13), demonstrando as influências das variáveis (Qar, Qlíq., pH e concentração inicial de N-NH3) nas eficiências de remoção de N-NH3 (%).
Figura 8: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de vazão do líquido e vazão de ar – água residuária sintética
Fonte: Autoria própria
Nas Figuras 8, 9 e 10, pode-se constatar que o aumento da vazão de ar, resultou em um pequeno incremento da remoção de N-NH3, não sendo considerado estatisticamente significativo ao nível de confiança de 95%. Isto significa que, o sistema pode ser operado a vazões mais baixas que as adotadas neste estudo, efeito que também foi constatado por Rios (2015) utilizando a mesma faixa de variação da vazão de ar aplicada (2000 a 4000 Lmin-1).
Figura 9: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de pH e vazão de ar – água residuária sintética
Fonte: Autoria própria
Figura 10: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de concentração e vazão de ar – água residuária sintética
Para a água residuária sintética em estudo, o aumento da vazão de líquido (Figuras 8, 11 e 12) acarreta a diminuição das eficiências de remoção de N-NH3 (%), fato este, também constatado por Rios (2015) e Delduque (2017). A possível explicação, é que a redução da vazão de lixiviado reduz a espessura do filme líquido em contato com o material suporte (recheio), favorecendo a transferência da amônia do líquido para o ar, aumentando a eficiência do processo.
Figura 11: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de vazão do líquido e pH – água residuária sintética
Fonte: Autoria própria
Conforme demonstrado pelo coeficiente de regressão (Tabela 11) e pelas superfícies de resposta (Figuras 9, 11 e 13) o pH foi a variável que apresentou maior influência na remoção de N-NH3 (%) do sistema. Este fato está de acordo com a equação proposta por Emerson et al. (1975) (eq. 6), onde o aumento do pH favorece a formação de amônia livre, que é passível de remoção pelo processo de air stripping. O aumento nos valores da concentração inicial de N-NH3 implicou no aumento das eficiências de remoção de N-NH3 (%), conforme demonstrado nas Figuras 10, 12 e 13.
Figura 12: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de concentração e vazão do líquido – água residuária sintética
Fonte: Autoria própria
Figura 13: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de concentração e pH – água residuária sintética
Por meio da equação 11 e Tabela 10, foi gerada a Figura 14, onde observa- se a proximidade dos valores das eficiências observadas e previstas pelo modelo.
Figura 14: Valores observados e valores previstos – água residuária sintética
Fonte: Autoria própria
Na Tabela 13 são apresentados os resultados de validação do modelo matemático e a recuperação do nitrogênio removido. Para estes ensaios, foram fixados os valores de pH (11,25), vazão de ar (2500 L min-1), concentração (3000 mgN-NH3L-1) e variou-se as vazões de líquido na faixa de 0,2 Lmin-1 a 1,0 Lmin-1.
Observa-se que os valores experimentais foram inferiores aos previstos pelo modelo.
Tabela 13: Ensaios de validação do modelo matemático e de recuperação do nitrogênio – água residuária sintética
Ensaio
Valor codificado / (Valor real) Remoção (%)
Recuperação (%) Qar (Lmin-1) Qlíquido (Lmin-1) Ph Concentração (mgN-NH3L-1) Experimental Prevista 1 -1/(2500) -2/(0,2) 1/(11,25) 2/(3000) 89,3 102,4 64,1 2 -1/(2500) 0/(0,6) 1/(11,25) 2/(3000) 67,7 79,3 68,3 3 -1/(2500) 2/(1,0) 1/(11,25) 2/(3000) 56,4 69,8 58,1
Pode-se verificar que a máxima eficiência alcançada foi 89,3% de remoção de amônia, tratando a vazão de lixiviado de 0,2 Lmin-1, correspondendo a uma taxa de aplicação superficial na torre de 16,3 m3m-2d. As eficiências de recuperação da amônia removida alcançaram a máxima de 68,3% e mínima de 58,1%. Devido à elevada vazão de ar aplicada, a passagem da amônia removida pelo lavador de gás era rápida, impossibilitando assim maiores valores de recuperação.
Considerando a concentração inicial de amônia de 3000 mgN-NH3L-1 (3,00 kgN-NH3m-3) pode-se estimar, um potencial máximo de remoção próximo a 2,68 kg N- NH3m-3, sendo recuperado em torno de 1,72 kg Nm-3, na forma de sulfato de amônio.
Bonmati e Flotats (2003), utilizaram frascos lavadores contendo solução de ácido sulfúrico, recuperando 84% de N-NH3. Laureni et al. (2013) realizaram a remoção e recuperação de N-NH3 de dejetos suínos pelo processo de air stripping associado a um frasco com 0,5 L de solução ácida, alcançando eficiências de recuperação superiores a 80%.
Como apresentado anteriormente, o comportamento hidrodinâmico na torre de air stripping se aproxima do modelo de tanques de mistura completa em série (N- CSTR). Por meio da equação 9 e da Tabela 9, foram realizados os cálculos dos coeficientes globais de transferência de amônia da água residuária sintética para o ar de arraste (KLa), descritos na Tabela 14.
Tabela 14: Coeficientes globais de transferência de amônia – água residuária sintética Valor codificado / (Valor real)
Remoção (%)
KLa
(h-1)
Qar (Lmin-1) Qlíq. (Lmin-1) pH
Concentração (mgN-NH3L-1) Entrada Saída -2 / (2000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 0 / (2000) 716 64,20 2,9 2 / (4000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 0 / (2000) 548 72,59 7,9 0 / (3000) -2 / (0,2) 0 / (10,5) 0 / (2000) 246 87,69 7,4 0 / (3000) 2 / (1,0) 0 / (10,5) 0 / (2000) 705 64,76 6,1 0 / (3000) 0 / (0,6) -2 / (9,0) 0 / (2000) 1569 21,57 0,8 0 / (3000) 0 / (0,6) 2 / (12,0) 0 / (2000) 519 74,06 4,4 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) -2 / (1000) 413 58,71 2,8 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 2 / (3000) 855 71,50 4,1 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 0 / (2000) 653 67,37* 3,6 * Valor médio
Pela a análise dos dados, conclui-se que os maiores valores de KLa (7,4 e 7,9 h-1) foram obtidos com a menor vazão de líquido (0,2 Lmin-1) e maior vazão de ar (4000 Lmin-1), respectivamente, associados com pH 10,5 e concentração inicial de 2000 mgN-NH3 L-1. Outra característica observada é a grande influência do pH nos valores de KLa, onde sua elevação de 9 para 12, e demais variáveis constantes, ocasionou no aumento de 0,8 para 4,4 h-1.
No estudo realizado por Delduque (2017), o valor máximo de KLa (19,7 h-1) também estava relacionado com a menor vazão de líquido aplicada (0,2 Lmin-1), associada com pH 10,5, Qar 2000 Lmin-1 e concentração 600 mgN-NH
3L-1. Apenas com a mudança para pH 9 e Qlíq. 0,6 Lmin-1, o valor de K
La caiu para 6,3 h-1, valor este, próximo ao mínimo (5,6 h-1) encontrado nos ensaios.
De acordo com os dados descritos na Tabela 14, foram analisadas as influências de cada variável (Qar, concentração inicial de N-NH3L-1, pH e Qlíq.) nos valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) e KLa (h-1), portanto, para cada variável analisada, as demais permaneciam constantes. Nas Figuras 15 a 18 é apresentada a influência das variáveis sobre os parâmetros descritos anteriormente.
Figura 15: Valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) (──) e KLa (h-1) (──) em função da
Qar, para Qlíq. 0,6 L min-1, pH 10,5 e concentração inicial de 2000 mgN-NH 3L-1
Fonte: Autoria própria
Observa-se que o aumento da vazão de ar, gera um aumento nas eficiências de remoção de N-NH3 (%) e KLa (h-1). Entretanto, após dobrar a Qar (2000 para 4000 Lmin-1), a eficiência de remoção passou apenas de 64,2 para 72,59%.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 2000 3000 4000 KL a (h -1) Remo çã o N -NH 3 (% ) Vazão de ar (Lmin-1)
Figura 16: Valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) (──) e KLa (h-1) (──) em função da
concentração inicial de N-NH3 (mgL-1), paraQar 3000 Lmin-1, Qlíq. 0,6 Lmin-1 e pH 10,5
Fonte: Autoria própria
O aumento da concentração inicial de N-NH3 (Figura 16), produz um pequeno aumento nas eficiências de remoção de N-NH3 (%), porém, os valores de KLa (h-1) não seguem a mesma tendência. Na Figura 17 fica evidente a forte influência do pH sobre o sistema, onde a variação de 9 para 12 resultou no aumento nos valores de eficiência de remoção de N-NH3 de 21,57 para 74,50%, assim como seus valores de KLa que foram de 0,8 para 4,4 h-1.
Figura 17: Valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) (──) e KLa (h-1) (──) em função do
pH, para a concentração inicial igual a 2000 mg N-NH3L-1,Qar 3000 Lmin-1 e Qlíq. 0,6 Lmin-1
Fonte: Autoria própria
0 1 2 3 4 50 55 60 65 70 75 1000 2000 3000 KL a (h -1) R em o çã o N -NH 3 (% ) N-NH3(mgL-1) 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 9 10.5 12 KL a (h -1) Remo çã o N -NH 3 (% ) pH
Com a análise da Figura 18, nota-se o aumento da vazão de líquido (0,2 para 1,0 Lmin-1) ocasiona a diminuição nos valores de eficiência de remoção de N-NH
3 (87,69 para 64,76%). Já os valores de KLa sofrem uma queda (7,4 para 3,6 h-1), porém, com um novo aumento da Qlíq. (0,6 para 1,0 Lmin-1) seu valor passa de 3,6 para 6,1 h-1.
Figura 18: Valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) (──) e KLa (h-1) (──) em função da
Qlíq., para a concentração inicial igual a 2000 mg N-NH3L-1,Qar 3000 Lmin-1 e pH 10,5
Fonte: Autoria própria
5.4 INFLUÊNCIA DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS NAS EFICIÊNCIAS DE REMOÇÃO E RECUPERAÇÃO TRATANDO DOIS LIXIVIADOS
A Tabela 15 sumariza os ensaios realizados, conforme o método DCCR, e os valores de eficiência de remoção de N-NH3.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 60 65 70 75 80 85 90 0.2 0.6 1 KL a (h -1) Remo çã o N -NH 3 (% )
Tabela 15: Ensaios realizados e seus respectivos valores de eficiência de remoção – lixiviados Ensaio
Valor codificado / (Valor real) Lixiviado 1 Lixiviado 2 Qar (Lmin-1) Qlixiv. (Lmin-1) pH Eficiência de
Remoção (%) Eficiência de Remoção (%) 1 -1 / (2400) -1 / (0,36) -1 / (9,6) 49,7 45,8 2 1 / (3600) -1 / (0,36) -1 / (9,6) 50,0 47,7 3 -1 / (2400) 1 / (0,84) -1 / (9,6) 38,9 35,5 4 1 / (3600) 1 / (0,84) -1 / (9,6) 42,1 38,7 5 -1 / (2400) -1 / (0,36) 1 / (11,4) 63,9 74,7 6 1 / (3600) -1 / (0,36) 1 / (11,4) 74,5 72,1 7 -1 / (2400) 1 / (0,84) 1 / (11,4) 55,9 62,1 8 1 / (3600) 1 / (0,84) 1 / (11,4) 58,1 65,6 9 -1,68 / (2000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 55,4 60,7 10 1,68 / (4000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 56,7 62,4 11 0 / (3000) -1,68 / (0,20) 0 / (10,5) 73,2 76,6 12 0 / (3000) 1,68 / (1,00) 0 / (10,5) 52,5 52,3 13 0 / (3000) 0 / (0,60) -1,68 / (9,0) 22,2 19,8 14 0 / (3000) 0 / (0,60) 1,68 / (12,0) 77,7 70,6 15 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 58,7 57,1 16 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 60,9 61,0 17 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 58,5 60,1 18 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 59,1 59,0 19 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 60,4 62,4 20 0 / (3000) 0 / (0,60) 0 / (10,5) 60,0 57,6
Fonte: Autoria própria
Para o lixiviado 1 constata-se que o melhor resultado (remoção de 77,7%) foi obtido para pH igual a 12 e a menor eficiência (22,2%) com pH 9. Já o lixiviado 2 obteve o melhor resultado (remoção de 76,6%) para a vazão de lixiviado igual a 0,2 Lmin-1 e a menor eficiência (19,8%) com pH igual a 9, mesmo efeito observado nos ensaios com a água residuária sintética. Com a análise dos dados apresentados fica evidenciado o efeito destas duas variáveis (pH e Qlixiv.) no desempenho do sistema. No experimento realizado por Campos et al. (2013), o ar era borbulhado (96 Lh-1 de ar por L de lixiviado) em um béquer com volume de lixiviado de aterro sanitário igual a 2,5 L, sendo removido apenas 16,8% de N-NH3 sem a correção do pH (8,3). Com o aumento do pH para 9,5 pela adição de NaOH, a eficiência de remoção alcançou 21,4% com o decorrer de 7 h de experimento. Taki Filho (2015) realizou ensaios de remoção e recuperação de N-NH3 em efluente gerado no processamento
de couro, atingindo eficiências de remoção de N-NH3 mínimas e máximas de 3,7 e 83,7%, respectivamente, com duração de 12 h cada ensaio.
Com os resultados obtidos nos 20 ensaios de cada lixiviado, foram calculados os coeficientes de regressão, e após simplificação, com a exclusão dos parâmetros não significativos (Tabela 16 e 17), foram obtidas as equações (12) e (13) que representam os modelos reparametrizados das variáveis codificadas.
Tabela 16: Coeficientes de regressão – lixiviado 1 Fatores Coeficientes
de regressão Erro padrão t(16) p-valor
Estimativa por intervalo (95%) Limite inferior Limite superior
Média 58,98 1,29 45,63 0,0000 56,24 61,72
pH (L) 12,08 1,22 9,88 0,0000 9,49 14,67
pH (Q) -3,74 1,18 -3,17 0,0060 -6,25 -1,24
Qlixiv. (L) -5,70 1,22 -4,66 0,0003 -8,30 -3,11
Fonte: Autoria própria
Remoção (%) N-NH3 = 58,98 + 12,08 pH – 3,74 pH2 – 5,70 Qlixiv. (12)
Tabela 17: Coeficientes de regressão – lixiviado 2 Fatores Coeficientes
de regressão Erro padrão t(16) p-valor
Estimativa por intervalo (95%) Limite inferior Limite superior
Média 60,89 0,73 82,88 0,0000 59,34 62,45
pH (L) 14,07 0,70 20,24 0,0000 12,60 15,55
pH (Q) -5,58 0,67 -8,30 0,0000 -7,00 -4,15
Qlixiv. (L) -5,80 0,70 -8,35 0,0000 -7,28 -4,33
Fonte: Autoria própria
Remoção (%) N-NH3 = 60,89 + 14,07 pH – 5,58 pH2 – 5,80 Qlixiv. (13)
Os resultados foram submetidos a análise de variância (ANOVA), utilizando- se o software Statistica 10 (Statsoft®), ao nível de significância adotado de 5% (p<0,05), conforme Tabelas 18 e 19, que valida os modelos reparametrizados das variáveis codificadas, podendo-se gerar superfícies de respostas.
Tabela 18: Resultados da análise de variância (ANOVA) – lixiviado 1 Fonte de variação Soma de quadrados Graus de liberdade Quadrados médios Fcalculado Regressão 2639,2 3 879,7 43,1 Resíduos 326,6 16 20,4 Total 2965,8 (R2) = 89,0% Ftabelado(3; 16; 0,05)= 3,24
Observa-se que o valor de Fcalculado para o lixiviado 1 foi significativo (em torno de 13 vezes superior ao de Ftabelado).
Tabela 19: Resultados da análise de variância (ANOVA) – lixiviado 2 Fonte de variação Soma de quadrados Graus de liberdade Quadrados médios Fcalculado Regressão 3616,4 3 1205,5 182,7 Resíduos 105,6 16 6,6 Total 3721,9 (R2) = 97,2% Ftabelado(3; 16; 0,05)= 3,24
O valor de Fcalculado para o lixiviado 2 foi altamente significativo (em torno de 56 vezes superior ao de Ftabelado). Além disso, as porcentagens de variação explicada, de 89,0 e 97,2 %, para os lixiviados 1 e 2, respectivamente, permitem inferir que os modelos gerados pelas equações (12) e (13) se ajustam bem aos dados experimentais.
Santos (2011) realizou seus experimentos em uma torre de PVC com 150 mm de diâmetros e 1,95 m de altura (semelhante a torre utilizada nesta pesquisa) útil do material suporte preenchido com anéis tipo Raschig. Em um volume de 22 L por batelada, foram aplicadas vazões de ar de 1800 e 3600 Lh-1 e vazões de lixiviado de 9, 18, 20 e 40 Lh-1. Eficiências de remoção de N-NH
3 superiores a 98% foram constatadas com tempo de operação de 4 a 9 dias. O volume de ar consumido variou de 9,9 a 21,6 m3 para cada grama de N-NH
3 removido na torre.
Segundo Leite et al. (2013) seus experimentos foram realizados por meio da técnica de air stripping em 4 torres de extração operando em contracorrente. A concentração inicial de NAT no lixiviado foi de aproximadamente 2200 mgN L-1, e sua eficiência de remoção foi superior a 90% para todos os tratamentos realizados, com tempos de aeração variando de 3,0 a 5,5 horas.
Nas superfícies de resposta a seguir (Figuras 19 e 20), observa-se a influência da vazão de ar e vazão do lixiviado sobre as eficiências de remoção de N-NH3 (%), para os lixiviados 1 e 2, respectivamente.
Figura 19: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de vazão de lixiviado e vazão de ar do lixiviado 1
Fonte: Autoria própria
Figura 20: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de vazão de lixiviado e vazão de ar do lixiviado 2
Teoricamente, a relação entre a vazão de ar pela vazão do líquido, de acordo com Metcalf & Eddy (2016), é de 1785 L de ar por L de água (a 25oC e 1 atm), adotando-se na prática um fator de segurança entre 1,5 a 3,0 vezes o valor mínimo de referência. Este valor é influenciado, principalmente, pela configuração da unidade (torre) utilizada para promover a transferência da amônia da água para o ar. Neste estudo, os valores mínimos adotados foram de 3000 L de ar por L de lixiviado tratado (fator de segurança igual a 1,68) indicando uma boa performance de transferência de massa.
Na Figura 21 observa-se os valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) em função da variação das vazões de ar para as três águas residuárias estudas, com pH 10,5, vazão dos líquidos iguais a 0,6 Lmin-1, e no caso da água residuária sintética, a concentração analisada de N-NH3 foi de 3000 mgL-1.
Figura 21: Valores de eficiência de remoção de N-NH3 (%) em função da Qar, com Qlíq. e Qlixiv.
0,6 Lmin-1 e pH 10,5 para as seguintes águas residuárias: sintética (──), lixiviado 1 (──) e
lixiviado 2 (──)
Fonte: Autoria própria
Constatou-se que a água residuária sintética, assim como os lixiviados, obteve pequena variação em suas eficiências de remoção de N-NH3 (%) em função da variação das vazões de ar aplicadas, não sendo estatisticamente significativas.
As Figuras 22 e 23, por meio de superfícies de resposta, demonstram a influência do pH e vazão de ar sobre as eficiências de remoção de N-NH3 (%), para os lixiviados 1 e 2, respectivamente. 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 2000 3000 4000 Remo çã o N -NH 3 (% ) Vazão de ar (Lmin-1)
Figura 22: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de pH e vazão de ar do lixiviado 1
Fonte: Autoria própria
Figura 23: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de pH e vazão de ar do lixiviado 2
Assim como os estudos de Souto (2009), Ferraz (2010), Leite et al. (2013), Rios (2015), Taki Filho (2015) e Delduque (2017), a elevação do pH demonstrou ser o maior responsável pela obtenção de maiores eficiências de remoção de N-NH3. Este comportamento pode ser explicado, uma vez que o aumento do pH leva à formação de amônia gasosa (NH3), conforme equação (6) citada anteriormente, proposta por Emerson et al. (1975), a qual pode ser removida pelo arraste do ar.
Pode-se constatar também que o aumento da vazão de ar, resultou em um pequeno incremento da remoção de N-NH3, não sendo considerado estatisticamente significativo ao nível de confiança de 95%. Isto significa que, o sistema pode ser operado com vazões de ar mais baixas que as adotadas.
Figura 24: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de pH e vazão de lixiviado do lixiviado 1
Figura 25: Superfície de resposta da remoção de nitrogênio amoniacal (%) em relação aos valores de pH e vazão de lixiviado do lixiviado 2
Fonte: Autoria própria
A redução da vazão de lixiviado aumenta a eficiência do processo, uma vez que reduz a espessura do filme líquido em contato com o material suporte (recheio), favorecendo a transferência da amônia do líquido para o ar.
Por meio da Tabela 15 e das equações (12) e (13) que representam os modelos reparametrizados das variáveis codificadas, foram geradas as Figuras 26 e 27, onde nota-se a proximidade dos valores das eficiências observadas e previstas pelo modelo, para os lixiviados 1 e 2, respectivamente.
Figura 26: Valores observados e valores previstos – lixiviado 1
Fonte: Autoria própria
Figura 27: Valores observados e valores previstos – lixiviado 2
Nas Tabelas 20 e 21, são apresentados os resultados de validação dos modelos matemáticos e a recuperação do nitrogênio removido, dos lixiviados 1 e 2, respectivamente. Para os ensaios, foram fixados os valores de pH (11,4), vazão de ar (2400 Lmin-1) e variou-se as vazões de lixiviado na faixa de 0,2 Lmin-1 a 1,0 Lmin-1.
Observa-se que os valores experimentais foram ligeiramente superiores, com exceção do ensaio 3 do lixiviado 1, que foi igual ao previsto pelo modelo.
Tabela 20: Valores experimentais (codificados e reais) e previstos pelo modelo matemático para remoção de amônia e recuperação do nitrogênio – lixiviado 1
Ensaio
Valor codificado / (Valor real) Remoção (%) Recuperação (%) Qar (Lmin-1) Qlixiv. (Lmin-1) pH Experimental Prevista
1 -1 / (2400) -1,68 / (0,2) 1 / (11,4) 83,4 76,9 52,3 2 -1 / (2400) 0,00 / (0,6) 1 / (11,4) 70,9 67,3 53,9 3 -1 / (2400) 1,68 / (1,0) 1 / (11,4) 57,7 57,7 55,0
Fonte: Autoria própria
Tabela 21: Valores experimentais (codificados e reais) e previstos pelo modelo matemático para remoção de amônia e recuperação do nitrogênio – lixiviado 2
Ensaio
Valor codificado / (Valor real) Remoção (%) Recuperação (%) Qar (Lmin-1) Qlixiv. (Lmin-1) pH Experimental Prevista
1 -1 / (2400) -1,68 / (0,2) 1 / (11,4) 85,5 79,1 69,1 2 -1 / (2400) 0,00 / (0,6) 1 / (11,4) 70,3 69,4 76,0 3 -1 / (2400) 1,68 / (1,0) 1 / (11,4) 61,0 59,6 41,0
Fonte: Autoria própria
Pode-se verificar que as máximas eficiências alcançadas foram de 83,4 e 85,5% de remoção de amônia, para os lixiviados 1 e 2, respectivamente, ambos tratando a vazão de lixiviado de 0,2 Lmin-1, correspondendo a uma taxa de aplicação superficial na torre de 16,3 m3m-2d.
As eficiências de recuperação de amônia do lixiviado 1 foram semelhantes nos três ensaios, alcançando valores pouco superiores a 50%. Já as eficiências de recuperação do lixiviado 2 foram distintas nos três ensaios, alcançando a máxima de 76% e mínima de 41% da amônia removida.
Considerando-se a concentração inicial de amônia do lixiviado 1 igual a 2874 mgN-NH3L-1 (2,87 kgN-NH3m-3) pode-se estimar, um potencial máximo de remoção próximo a 2,40 kg N-NH3m-3, sendo recuperado em torno de 1,25 kg N m-3, na forma de sulfato de amônio. Para o lixiviado 2, com concentração inicial de amônia de 2415
mgN-NH3L-1 (2,41 kgN-NH3m-3) estima-se, um potencial máximo de remoção próximo a 2,06 kg N-NH3m-3, sendo recuperado em torno de 1,43 kg Nm-3, na forma de sulfato de amônio.
Ferraz et al. (2013), primeiramente utilizaram dois frascos lavadores contendo 4L cada, preenchidos com uma solução de ácido sulfúrico 0,4 molL-1. Os frascos foram ligados em série e obtiveram 80% de eficiência de recuperação de N-NH3. Com a aplicação de água deionizada para recuperação de N-NH3, foi alcançada a eficiência de 75%, porém, sua saturação era mais rápida em comparação a solução de ácido sulfúrico, tendo que ser substituída diariamente. Posteriormente, foram utilizadas duas torres de absorção em escala piloto (31 L), preenchidas com 20 L de água de torneira, responsáveis por recuperar 87% do N-NH3 removido no processo de air stripping.
Utilizando-se da equação 9 e a Tabela 9 (comportamento hidrodinâmico) foram realizados os cálculos dos coeficientes globais de transferência de amônia da água para o ar de arraste (KLa), descritos a seguir (Tabela 22).
Tabela 22: Coeficientes globais de transferência de amônia – lixiviados
Valor codificado / (Valor real) Lixiviado 1 Lixiviado 2
Qar (Lmin-1) Qlixiv.
(Lmin-1) pH Eficiência de Remoção (%) KLa (h-1) Eficiência de Remoção (%) KLa (h-1) -1,68 / (2000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 55,4 2,3 60,7 2,7 1,68 / (4000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 56,7 4,8 62,4 5,7 0 / (3000) -1,68 / (0,2) 0 / (10,5) 73,2 4,0 76,6 4,5 0 / (3000) 1,68 / (1,0) 0 / (10,5) 52,5 4,3 52,3 4,2 0 / (3000) 0 / (0,6) -1,68 / (9,0) 22,2 0,8 19,8 0,7 0 / (3000) 0 / (0,6) 1,68 / (12,0) 77,7 4,9 70,6 4,0 0 / (3000) 0 / (0,6) 0 / (10,5) 59,6* 2,9 59,5* 2,9 * Valor médio
Fonte: Autoria própria
Os maiores valores de KLa foram 4,9 e 5,7 h-1 para os lixiviados 1 e 2, respectivamente. Outra característica observada é a grande influência do pH nos valores de KLa, onde sua elevação de 9 para 12, e demais variáveis constantes, ocasionaram aumentos de 0,8 para 4,9 h-1 (lixiviado 1) e 0,7 para 4,0 h-1 (lixiviado 2). A Tabela 23 apresenta valores de eficiência de remoção de NAT e KLa obtidos neste estudo comparados com outras pesquisas que realizaram a remoção NAT em lixiviados de aterros sanitários. Observa-se que os lixiviados 1 e 2 possuem valores